太赫兹生物医学应用的基础与前沿实验

本书由华中科技大学刘劲松教授主编，内容包含太赫兹波的基本知识，基本测试方法，成像方法等内容。适用于高水平交叉学科研究生学习和训练。全书彩色印刷，配置清晰彩色图表，更直观准确。 

对非金属材料来说，太赫兹波具有较强的频谱分辨能力和穿透特性。通过获取生物组织等样品的太赫兹谱，可以进行成分甄别与含量分析。通过获取生物组织等样品的太赫兹图像，可以进行无损检测和诊断。这些问题在科研领域已得到广泛深入的研究，其中研究生是从事这些研究的生力军和主力军。但是，让研究生进行相关研究之前，需要对他们进行大量的培训，而这些培训缺乏规范、流程和标准，因此急需设立一门课程来对研究生做基础培养和训练。“太赫兹生物医学应用的基础与前沿实验”课程主要针对相关工科专业和医科专业研究生，从实验技能操作上进行交叉培养，让相关专业研究生了解太赫兹波的基本原理知识、掌握基本测试方法，为其利用太赫兹技术从事本专业课题及交叉课题研究提供测试技术储备。课程内容包括：根据不同的生物样品特性，制备出适合不同太赫兹测试系统的样品；掌握太赫兹时域光谱仪和成像系统的基本操作方法；学会材料太赫兹波反射率、透射率与折射率等相关参数的测量方法，开展生物医学样品的太赫兹频谱、太赫兹辐射和太赫兹成像等实验。

刘劲松，工学博士，华中科技大学光电国家研究中心激光与太赫兹功能实验室二级教授，博士生导师。全国工程专业学位研究生教指委委员。宝钢优秀教师奖获得者，华中科技大学首届课堂教学卓越奖获得者、教学名师。获国家教学成果一等奖1项，中国学位与研究生教育学会研究生教育成果二等奖1项，湖北省高等学校教学成果一等奖3项。在空间光孤子、随机激光和太赫兹科学与技术等领域主持军口973、国家自然科学基金、863基金、湖北省科技支撑计划等二十多项，发表学术论文330余篇，SCI引用H因子15。翻译出版《太赫兹辐射物理及应用》，参编《激光技术》和《物理光学》等教材，主编《专业学位研究实验课程》系列教材。在太赫兹成像与无损检测方面获批专利5项。

第1章太赫兹科学与技术简介/1

1.1什么是太赫兹波/1

1.2太赫兹波的产生技术/2

1.3太赫兹波的探测技术/4

第2章太赫兹频谱测量实验/7

2.1太赫兹时域光谱系统/7

2.2太赫兹频谱测量基础实验/15

2.3材料太赫兹基本光学参数测量实验/26

2.4生物组织太赫兹频谱测量实验/29

第3章调频连续波太赫兹成像实验/32

3.1调频连续波太赫兹成像系统/32

3.2调频连续波太赫兹成像基础实验/41

3.3生物样品太赫兹成像实验/45

参考文献/48

总序··太赫兹生物医学应用的基础与前沿实验··

2015年10月国务院印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，2017年1月教育部、财政部、国家发展改革委印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设实施办法(暂行)》，此后，坚持中国特色、世界一流，以立德树人为根本，建设世界一流大学和一流学科成为大学发展的重要途径。

当代科技的发展呈现出多学科相互交叉、相互渗透、高度综合以及系统化、整体化的趋势，构建多学科交叉的培养环境，培养复合创新型人才已经成为研究生教育发展的共识和趋势，也是研究生培养模式改革的重要课题。华中科技大学“交叉学科研究生高水平课程”建设项目是华中科技大学“双一流”建设项目“拔尖创新人才培养计划”中的子项目，用于支持跨院(系)、跨一级学科的研究生高水平课程建设，这些课程作为选修课对学术型硕士生和博士生开放。与之配套，华中科技大学与华中科技大学出版社组织撰写了本套交叉学科研究生高水平课程系列教材。

研究生掌握知识从教材的感知开始，感知越丰富，观念越清晰，优秀教材使学生在学习过程中获得的知识更加系统化、规范化。本套丛书是华中科技大学交叉学科研究生高水平课程建设的重要探索。不同学科交叉融合有不同特点，教学规律不尽相同，因此每本教材各有侧重，如：《学习记忆与机器学习》旨在提高学生在课程教学中的实践能力和自主创新能力；《代谢与疾病基础研究实验技术》旨在将基础研究与临床应用紧密结合，使研究生的培养模式更符合未来转化医学的模式；《高分子材料3D打印成形原理与实验》旨在将实验与成形原理呼应形成有机整体，实现基础原理和实际应用的具体结合，有助于提升教学质量。本套丛书凝聚着编者的心血，熠熠生辉，此处不一一列举。

本套丛书的编撰得到了各方的支持和帮助，我校100余位师生参与其中，涉及基础医学院、机械科学与工程学院、环境科学与工程学院、化学与化工学院、药学院、生命科学与技术学院、同济医院、人工智能与自动化学院、计算机科学与技术学院、光学与电子信息学院、船舶与海洋工程学院以及材料科学与工程学院12个单位的24个一级学科，华中科技大学出版社承担了编校出版任务，在此一并向所有辛勤付出的老师和同学表示感谢!衷心期望本套丛书能为提高我校交叉学科研究生的培养质量发挥重要作用，诚恳期待兄弟高校师生的关注和指正。

 

解孝林  2019年3月于喻园

    前言·i·

太赫兹(terahertz，THz)是电磁波谱中一个特定频段的总称，一般指频率范围在0.1～10 THz，对应的真空波长处于0.03～3 mm的电磁辐射。太赫兹波段位于微波和红外光之间，是宏观经典理论到微观光子理论过渡的交叉区域。太赫兹波相对其他波段的电磁波表现出许多优越又独特的电磁性质，例如高穿透性、低光子能量和高光谱分辨能力等。大量有机分子的转动和振动跃迁在太赫兹波段表现出强烈的吸收与散射性质，因此可利用太赫兹光谱技术对物质进行定性和定量的分析，识别其特征光谱吸收峰，这对于探索物质的组成成分具有重要意义。将太赫兹技术与生物医学相结合，可使相关专业研究生了解太赫兹波的基本原理知识，掌握太赫兹时域光谱仪和成像系统的基本操作方法，学会编程处理数据并得到材料参数。跨学科交叉培养的模式，可帮助研究生对前沿学科进行纵深探索，寻找融合与创新。

本书由华中科技大学武汉光电国家研究中心从事太赫兹科学与技术研究的人员编写。全书内容的布局由刘劲松负责，王可嘉和刘夏铭负责所有内容的汇总和定稿，参与编写的人员还包括宋越、李文军、杨永强、熊之勇、施伊好、张宇聪等研究生。

 

编者2018年12月